مدول الاستیسیته فولاد
Es = ۲۱۰۰۰۰ MPa
تنش تسلیم میلگردهای فولادی
fy = ۴۰۰ MPa
تنش گسیختگی میلگردهای فولادی
fu = ۶۱۰ MPa
نرخ سختشدگی کرنش فولاد
b = 0.01
پارامترهای ثابت مربوط به انتقال منحنی تنش-کرنش فولاد از شاخه ارتجاعی به شاخه پلاستیک آن
R0 = ۱۸.۵
R1 = ۰.۹۲۵
R2 = ۰.۱۵
۳-۴- چگونگی انجام تحلیل و پایش پاسخهای موردنظر سازه
از آنجا که محاسبه ظرفیت سازه و بررسی مود زوال آن مورد نظر بوده است، تحلیل انتخابی در این پژوهش، تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون با کنترل جابجایی است که در فصل اول به صورت تفصیلی به آن پرداخته شد. الگوی توزیع بار جانبی به صورت توزیع مثلثی معکوس بوده که نقطه کنترل جابجایی، تراز بام در نظر گرفته شده است. در این نوع تحلیل ماهیت بار جانبی از نوع جابجایی میباشد. فواصل جابجاییهای جانبی اعمالی در طول بارگذاری ثابت بوده و بارگذاری تا لحظه زوال قاب ادامه داشته است. همانطور که قبلاً ذکر شد نرمافزاری که برای انجام تحلیلهای غیرخطی مورد استفاده قرار گرفته است نرمافزار OpenSees میباشد که با بهره گرفتن از روشهای اجزاء محدود برای تحلیل غیرخطی سازهها و سیستمهای خاکی کاربرد دارد. در رابطه با هر مدل پس از انجام تحلیل تا لحظه زوال، مود زوال قابها به عنوان یکی از مهمترین خروجیها مدنظر قرار گرفته است. علاوه بر این پاسخهای مختلف سازه در سطوح مفصل پلاستیک، طبقه و کل قاب پایش شده است. از جمله این پاسخها میتوان به مقادیر جابجایی و جابجایی نسبی در تراز طبقات، نیروهای داخلی و تغییرشکلهای ایجاد شده در اعضا و مقادیر تنش و کرنش در مقاطع بحرانی (ابتدا و انتهای اعضای تیر و ستون) اشاره کرد.
۳-۵- طراحی قابها
همانگونه که قبلاً نیز ذکر شد، هدف اصلی این تحقیق بررسی مود زوال قابهای منظم بتنآرمه و اثبات امکان بروز زوال قاب یا طبقه در این قابها میباشد. واضح است که طراحی بهینه قابها نمیتواند این هدف را برآورده سازد. بنابراین در هنگام مدلسازی یافتن حالتهایی مد نظر بود که در آنها مود زوال قاب به صورت زوال کل قاب و یا یکی از طبقات آن باشد (نسبت به زوال یکی از مفصلهای پلاستیک آن). چنین قابهایی قابهای خاص هستند و مود زوال قاب یا طبقه به ندرت اتفاق میافتد. پیدا کردن چنین مواردی مستلزم انجام یک روند سعی و خطایی بود. بنابراین ابتدا حالتهای حدی در نظر گرفته شد، به این صورت که قابهایی با تیرهای ضعیف و ستونهای قوی و همینطور برعکس طراحی و تحلیل شده و مود زوال آنها مشخص شد. مشاهده شد که اگر ستونها نسبت به تیرها ضعیف باشند افت مقاومت در منحنی ظرفیت قاب اتفاق میافتد، از طرفی وجود تیرهای ضعیف در بعضی موارد منجر به زوال یکی از طبقات میشد. بدین ترتیب تقریباً مشخص شد تحت چه شرایطی زوال سیستم اتفاق میافتد و قابهای بیشتری از این نوع ساخته شدند.
در نظر گرفتن حالتهای حدی، ایده اولیه راجع به شرایط قابهای خاص مورد نظر را ایجاد کرد، اما در واقعیت ساختمانهایی که ظرفیت مقاطع تیر و ستون آنها نسبت به هم بسیار متفاوت باشد اجازه اجرا ندارند و این نسبت تنها می تواند در محدوده خاصی جابجا شود. بنابراین معیاری برای تعیین معقولیت و اجرایی بودن ساختمانهای مدل شده لازم بود. این معیار بر اساس نسبت ظرفیت لنگر پلاستیک تیر و ستونها قرار داده شد، به این ترتیب که اگر این نسبت بین ۵/۰ تا ۰/۲ بود طراحی منطقی و در غیر این صورت طراحی غیر منطقی در نظر گرفته شده است. با این شرایط از میان ۱۰۵ مدلی که در ابتدا ساخته شده بود تنها ۳۴ مدل که از نظر طراحی معقول بودند برای ادامه پژوهش مورد مطالعه بیشتر قرار گرفتند.
در جدول ۳-۲ مشخصات مدلهای اولیه و همینطور برخی از پارامترهای پاسخ محاسبه شده بعد از تحلیل آنها نشان داده شده است. هفت ستون اول سمت چپ پارامترهای متغیر را نشان میدهد که به ترتیب شامل ابعاد مقطع ستونها، ابعاد مقطع تیرها، درصد میلگرد طولی ستونها، درصد میلگرد عرضی ستونها، درصد میلگرد طولی تیرها، درصد میلگرد عرضی تیرها و وزن طبقات میباشد. چهار ستون بعدی جدول برخی پارامترهای پاسخ سازه را نشان میدهد. این پارامترها به ترتیب مقدار شکلپذیری نهایی قاب، بیشینه جابجایی نسبی قاب در لحظه زوال، مقدار بیشینه g-Factor (g-Factor پارامتری است که از تقسیم برش پایه قاب بر وزن کل آن به دست می آید) و مقدار g-Factor در لحظه زوال قاب که در ادامه با نام Plastic g-Factor آورده شده است میباشند. ترکیب سه ستون بعدی در واقع مود زوال قاب را نشان میدهد. اولین ستون بیانگر وجود یا عدم وجود زوال مفصل پلاستیک در قاب مربوطه میباشد، به این ترتیب که علامت (*) در این ستون یعنی اولین زوال مشاهده شده در یکی از مفاصل پلاستیک اتفاق افتاده است و محل مفصل پلاستیک مربوطه از نظر قرار داشتن در ستون یا تیر در علامت پرانتز نشان داده شده است. علامت (~) عدم وقوع زوال مفصل پلاستیک را بیان می کند. به همین ترتیب ستون بعدی نشاندهنده وقوع یا عدم وقوع زوال طبقه بوده که عدد مربوط به طبقه مورد نظر نیز در علامت پرانتز مشخص شده است. و سومین ستون بیانگر زوال کل قاب میباشد. لازم به توضیح است که زوال کل قاب همواره با زوال طبقه اول همراه است چرا که برش طبقه اول در واقع همان برش پایه بوده و معیار افت مقاومت ۱۵ درصدی در منحنی ظرفیت همزمان با ۱۵ درصد افت مقاومت در برش طبقه اول خواهد بود (در ادامه این دفتر معیارهای زوال مورد نظر در این پژوهش در سطوح مفصل پلاستیک، طبقه و کل قاب به صورت مفصل توضیح داده شده است). ستون بعدی جدول ۳-۲ که ستون ماقبل آخر است نسبت ظرفیت لنگر پلاستیک مقطع ستون به تیر را نشان میدهد. برای محاسبه این نسبت لازم شد که تحلیل لنگر–انحنا برای همه مقاطع بحرانی قابها انجام شود که توضیحات کامل در اینباره در ادامه آورده شده است. ستون انتهایی سمت راست موقعیت قاب را از نظر منطقی بودن یا نبودن طراحی مشخص می کند. همان گونه که ذکر شد اگر نسبت ظرفیت لنگر پلاستیک ستون به تیر بین ۵/۰ تا ۰/۲ باشد طراحی معقول و در غیر این صورت نامعقول در نظر گرفته شده است. کلمه OK بیانگر قابل قبول بودن طراحی و کلمه NG[95] عدم قبولی آن را نشان میدهد.
جدول ۳- ۲ مشخصات قابهای مدل شده
Row
Col. Sec. (mm)
Be. Sec. (mm)
Col. ρl (%)
Col. ρs (%)
Be. ρl (%)
Be. ρs (%)
Wstory (kN)
µ
Frame Max Drift (%)
g-Factor (Max Point)
g-Factor (Fail Point)
P.H. Fail
Story Fail
Frame Fail
Mn Ratio Col./Be.
Status
۱
۳۰۰X300
۳۰۰X300